JPWO2018155291A1 - 水分量センサ及び衣類乾燥装置 - Google Patents

Abstract

対象物（２）に対して光を発し、当該対象物（２）からの反射光に基づいて対象物（２）の水分量を検出する水分量センサ（１）であって、水による吸収が所定値よりも大きな第一波長帯を含む検知光と、水による吸収が所定値以下である第二波長帯を含む参照光とを対象物（２）に向けて、走査しながら発する発光部（２０）と、対象物（２）によって反射された検知光を受光し、第一電気信号に変換する第一受光部（３３）と、対象物（２）によって反射された参照光を受光し、第二電気信号に変換する第二受光部（４３）と、第一電気信号及び第二電気信号の信号比を算出する演算処理部（５６）と、発光部（２０）が発する検知光及び参照光の走査範囲（Ａ）において、信号比の複数の検出位置（Ｐ）の分布を信号比に基づいて制御する光源制御部（５１）とを備える。

Description

本発明は、水分量センサ及び衣類乾燥装置に関する。

従来、例えば、室内空間で干された衣類（対象物）を乾燥させる衣類乾燥装置には、対象物の水分量を検出する水分量センサが搭載されたものが知られている。そして、衣類乾燥装置は、対象物の水分量を水分量センサで検出し、当該水分量センサの検出結果に基づいて除湿強度を調整させる場合がある。また、水分量センサとしては、例えば、水分による赤外線の吸収を利用して、水分量を測定する赤外線水分計が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−１１８９８４号公報

ところで、より効率的な衣類乾燥を可能とするべく、対象物の状況に応じて水分量を検出することが望まれている。

そこで、本発明は、対象物の水分量を状況に応じて検出することで、効率的な衣類乾燥を可能とする水分量センサ及び衣類乾燥装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る水分量センサは、対象物に対して光を発し、当該対象物からの反射光に基づいて対象物の水分量を検出する水分量センサであって、水による吸収が所定値よりも大きな第一波長帯を含む検知光と、水による吸収が所定値以下である第二波長帯を含む参照光とを対象物に向けて、走査しながら発する発光部と、対象物によって反射された検知光を受光し、第一電気信号に変換する第一受光部と、対象物によって反射された参照光を受光し、第二電気信号に変換する第二受光部と、第一電気信号及び第二電気信号の信号比を算出する演算処理部と、発光部が発する検知光及び参照光の走査範囲において、信号比の複数の検出位置の分布を信号比に基づいて制御する光源制御部とを備える。

また、本発明の一態様に係る衣類乾燥装置は、上記水分量センサと、水分量センサで検出された水分量に基づいて、乾燥条件を制御する乾燥制御部とを備える。

本発明に係る水分量センサ及び衣類乾燥除湿機は、対象物の水分量を状況に応じて検出することで、効率的な衣類乾燥を可能とする。

図１は、実施の形態に係る衣類乾燥装置の概略構成を示す斜視図である。 図２は、実施の形態に係る衣類乾燥装置の制御ブロック図である。 図３は、実施の形態に係る水分量センサの構成と対象物とを示す模式図である。 図４は、実施の形態に係る水分量センサの制御構成を示すブロック図である。 図５は、水分と水蒸気との吸光スペクトルを示す図である。 図６は、実施の形態に係る走査モジュールの走査範囲を示す説明図である。 図７Ａは、実施の形態に係る検出範囲調整機構の概念図である。 図７Ｂは、実施の形態に係る検出範囲調整機構の概念図である。 図８は、実施の形態に係る走査範囲Ａの複数の検出位置Ｐの分布と、水分量との関係を示す説明図である。 図９Ａは、変形例１に係る検出範囲調整機構の概念図である。 図９Ｂは、変形例１に係る検出範囲調整機構の概念図である。 図１０は、変形例２に係る走査範囲の複数の検出位置の分布と、水分量との関係を示す説明図である。 図１１は、変形例３に係る走査範囲の複数の検出位置の分布と、水分量との関係を示す説明図である。 図１２は、規格化信号比の変化率と、乾燥度との関係を示すグラフである。

以下では、本発明の実施の形態に係る衣類乾燥装置及び水分量センサについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

（実施の形態）
［衣類乾燥装置］
まず、実施の形態に係る衣類乾燥装置１００について説明する。

図１は実施の形態に係る衣類乾燥装置１００の概略構成を示す斜視図である。

図１に示すように、衣類乾燥装置１００は、室内空気を吸い込んで除湿し、再度室内に向けて送風することで、室内に干された対象物２を乾燥させるものである。ここで、対象物２は、特に限定されない場合、例えば衣類などである。衣類以外の対象物２としては、シーツ、枕カバーなどの寝具が挙げられる。

衣類乾燥装置１００は、略直方体形状の本体１０１と、本体１０１の上部で開閉する蓋部１０２とを備えている。本体１０１の上部には、蓋部１０２が開状態になった場合に露出する送風部１０３（図２参照）が設けられている。送風部１０３は、室内の空間３に対して風Ｗを送ることで、当該空間３内に存在する対象物２を乾燥させる。空間３は、衣類乾燥装置１００と対象物２との間の空間（自由空間）であり、湿気（水蒸気）を含んでいる。空間３は、衣類乾燥装置１００の本体１０１の外部空間である。

また、本体１０１の上部には、蓋部１０２から離れた位置に、外気を取り込む吸込口１０４が設けられている。本体１０１の内部には、吸込口１０４から送風部１０３まで空気を案内する流路が形成されており、その流路に対して、空気を除湿する除湿部１０５（図２参照）が設けられている。また、蓋部１０２には、対象物２の水分量を検出する水分量センサ１が設けられている。

図２は、実施の形態に係る衣類乾燥装置１００の制御ブロック図である。図２に示すように、衣類乾燥装置１００は、除湿部１０５と、送風部１０３と、水分量センサ１と、乾燥制御部１０６とを備えている。

除湿部１０５は、例えば、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、本体１０１の流路を流れる空気を除湿する。送風部１０３は、除湿部１０５によって除湿された空気を空間３に向けて送風する。送風部１０３における送風範囲、風向き、送風の強度（風力）、送風温度などの少なくとも１つの乾燥条件が変更可能となっている。水分量センサ１の詳細については、後述する。

乾燥制御部１０６は、マイクロコントローラで構成される。乾燥制御部１０６は、衣類乾燥装置１００の統括的な動作プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。

具体的には、乾燥制御部１０６は、水分量センサ１によって検出された対象物２の水分量に基づいて、送風部１０３の乾燥条件を制御する。これにより、対象物２の水分量に応じて、適切な乾燥条件が選択されることになる。

［水分量センサ］
次に、実施の形態に係る水分量センサ１の概要について説明する。

図３は、実施の形態に係る水分量センサ１の構成と対象物２とを示す模式図である。図４は、実施の形態に係る水分量センサ１の制御構成を示すブロック図である。

水分量センサ１は、対象物２に対して光を発し、当該対象物２からの反射光に基づいて対象物２の水分量を検出する水分量センサである。

本実施の形態では、図１及び図２に示すように、水分量センサ１は、空間３を隔てて配置された対象物２に含まれる水分を検出する。

図１及び図２に示すように、水分量センサ１は、筐体１０と、発光部２０と、第一受光モジュール３０と、第二受光モジュール４０と、信号処理回路５０とを備えている。

以下では、水分量センサ１の各構成要素について詳細に説明する。

［筐体］
筐体１０は、衣類乾燥装置１００における蓋部１０２の筐体であり、発光部２０と、第一受光モジュール３０と、第二受光モジュール４０と、信号処理回路５０とを収容している。筐体１０は、遮光性の材料から形成されている。これにより、外光が筐体１０内に入射するのを抑制することができる。具体的には、筐体１０は、第一受光モジュール３０と第二受光モジュール４０とが受光する光に対して遮光性を有する樹脂材料又は金属材料から形成されている。

筐体１０の外壁には、複数の開口が設けられており、これらの開口に、発光部２０のレンズ２１と、第一受光モジュール３０のレンズ３１と、第二受光モジュール４０のレンズ４１とが取り付けられている。

［発光部］
発光部２０は、水による吸収が所定値よりも大きな第一波長帯を含む検知光と、水による吸収が所定値以下である第二波長帯を含む参照光とを対象物２に向けて発する発光部である。具体的には、発光部２０は、レンズ２１と、光源２２と、走査モジュール２３と、検出範囲調整機構２４とを備えている。

レンズ２１は、光源２２が発した光を、対象物２に対して集光する集光レンズである。レンズ２１は、樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。

光源２２は、検知光をなす第一波長帯と参照光をなす第二波長帯とを含み、ピーク波長が第二波長帯側にある連続した光を発するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光源である。具体的には、光源２２は、化合半導体からなるＬＥＤ光源である。

図５は、水分と水蒸気との吸光スペクトルを示す図である。図５に示すように、水分は、約１４５０ｎｍ及び約１９４０ｎｍの波長に吸収ピークを有する。水蒸気は、水分の吸収ピークよりやや低い波長、具体的には約１３５０ｎｍ〜１４００ｎｍ及び約１８００ｎｍ〜１９００ｎｍの波長に吸収ピークを有する。

このため、検知光をなす第一波長帯としては、水の吸光度が高い波長帯を選択し、参照光をなす第二波長帯としては、第一波長帯よりも水の吸光度が小さい波長帯を選択する。そして、一例としては、第二波長帯の平均波長は、第一波長体の平均波長よりも長くする。また、光学的なバンドパスフィルタの最大透過率の半値である波長の中心値で定義される中心波長に関して、例えば第一波長帯の中心波長は１４５０ｎｍとし、第二波長帯の中心波長は１７００ｎｍとする。

このように、光源２２が、第一波長帯と第二波長帯とを連続して含む光を照射するので、対象物２には、水による吸収が大きな第一波長帯を含む検知光と、水による吸収が第一波長帯よりも小さい第二波長帯を含む参照光が照射される。

走査モジュール２３は、光源２２からの光を空間３に向けて走査させるものである。この走査モジュール２３による走査範囲Ａ内であれば、光源２２からの光を走査して、所望の位置で水分量を検出することができる。

図６は、実施の形態に係る走査モジュール２３の走査範囲Ａを示す説明図である。なお、図６においては、走査範囲Ａ内に一つの対象物２しか含まれていない場合を示しているが、この走査範囲Ａ内に複数の対象物２が含まれていてもよい。

図６に示すように、走査モジュール２３は、光源２２からの光が走査範囲Ａを走査する間に、当該光を一時的に複数回停止する。この停止時において、水分量の検出が行われる。水分量が検出される位置を「検出位置Ｐ」とし、１つの検出位置で水分量が検出される範囲を「検出範囲Ｒａ」とする。走査範囲Ａ内においては、複数の検出位置Ｐが存在することになるが、走査モジュール２３は、検出位置Ｐのピッチを調整することができる。具体的には、走査モジュール２３は、主走査方向での光の停止タイミングを調整することで、主走査方向における検出位置Ｐのピッチを調整する。また、走査モジュール２３は、副走査間隔を調整することで、副走査方向における検出位置Ｐのピッチを調整する。

走査モジュール２３は、光源２２からの光を反射して当該光を走査させる構造を有する。具体的には、走査モジュール２３は、水平方向（主走査方向）に比較的高速で揺動する第一ミラーと、垂直方向（副走査方向）に比較的低速で揺動する第二ミラーとを有している。そして、第一ミラー及び第二ミラーは、光源２２からの光を自己の振れ角に応じた方向に反射する。光源からの光は、第一ミラーで反射した後に、第二ミラーで反射する。第一ミラー及び第二ミラーがそれぞれ水平方向及び垂直方向に揺動することにより、光源２２からの光が水平方向及び垂直方向に（すなわち、二次元的に）走査されながら空間３に照射され、対象物２を走査する。

なお、光を反射して走査する構造以外にも、光源２２の姿勢を調整することで光を走査する構造を走査モジュール２３に採用してもよい。また、水分量センサ１自体を移動させて、光を走査してもよい。

検出範囲調整機構２４は、検出範囲Ｒａの大きさを調整する機構である。具体的には、検出範囲調整機構２４は、レンズ２１と光源２２との間隔を変動させることで、レンズ２１を透過した光のスポットの大きさを制御する。このスポットが検出範囲Ｒａである。

図７Ａ及び図７Ｂは、実施の形態に係る検出範囲調整機構２４の概念図である。図７Ａは検出範囲が広い状態を示し、図７Ｂは検出範囲が狭い状態を示している。具体的に説明すると、図７Ａに示すように、レンズ２１と光源２２との距離を短くした場合（図７Ｂよりも短い距離ｄ１）、レンズ２１を透過した光のスポット（検出範囲Ｒａ）は大きくなる。他方、図７Ｂに示すように、レンズ２１と光源２２との距離を長くした場合（図７Ａよりも長い距離ｄ２）、レンズ２１を透過した光のスポット（検出範囲Ｒａ）は小さくなる。検出範囲調整機構２４は、レンズ２１及び光源２２の少なくとも一方を移動させて、レンズ２１と光源２２との距離を調整することで、検出範囲Ｒａの大きさを調整する。

［第一受光モジュール］
図３に示すように第一受光モジュール３０は、レンズ３１と、第一バンドパスフィルタ３２と、第一受光部３３とを備えている。

レンズ３１は、対象物２によって反射された反射光を第一受光部３３に集光するための集光レンズである。レンズ３１は、例えば、焦点が第一受光部３３の受光面に位置するように筐体１０に固定されている。レンズ３１は、例えば、樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。

第一バンドパスフィルタ３２は、反射光から第一波長帯の光を抽出するバンドパスフィルタである。具体的には、第一バンドパスフィルタ３２は、レンズ３１と、第一受光部３３との間に配置されており、レンズ３１を透過して第一受光部３３に入射する反射光の光路上に設けられている。そして、第一バンドパスフィルタ３２は、第一波長帯の光を透過し、かつ、それ以外の波長帯の光を吸収する。

第一受光部３３は、対象物２によって反射され、第一バンドパスフィルタ３２を透過した第一波長帯の光を受光し、第一電気信号に変換する受光素子である。第一受光部３３は、受光した第一波長帯の光を光電変換することで、当該光の受光量（すなわち、強度）に応じた第一電気信号を生成する。生成された第一電気信号は、信号処理回路５０に出力される。第一受光部３３は、例えば、フォトダイオードであるが、これに限定されない。例えば、第一受光部３３は、フォトトランジスタ、又は、イメージセンサでもよい。

［第二受光モジュール］
第二受光モジュール４０は、レンズ４１と、第二バンドパスフィルタ４２と、第二受光部４３とを備えている。

レンズ４１は、対象物２によって反射された反射光を第二受光部４３に集光するための集光レンズである。レンズ４１は、例えば、焦点が第二受光部４３の受光面に位置するように筐体１０に固定されている。レンズ４１は、例えば、樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。

第二バンドパスフィルタ４２は、反射光から第二波長帯の光を抽出するバンドパスフィルタである。具体的には、第二バンドパスフィルタ４２は、レンズ４１と、第二受光部４３との間に配置されており、レンズ４１を透過して第二受光部４３に入射する反射光の光路上に設けられている。そして、第二バンドパスフィルタ４２は、第二波長帯の光を透過し、かつ、それ以外の波長帯の光を吸収する。

第二受光部４３は、対象物２によって反射され、第二バンドパスフィルタ４２を透過した第二波長帯の光を受光し、第二電気信号に変換する受光素子である。第二受光部４３は、受光した第二波長帯の光を光電変換することで、当該光の受光量（すなわち、強度）に応じた第二電気信号を生成する。生成された第二電気信号は、信号処理回路５０に出力される。第二受光部４３は、第一受光部３３と同形の受光素子である。つまり、第一受光部３３がフォトダイオードである場合には、第二受光部４３もフォトダイオードである。

［信号処理回路］
信号処理回路５０は、発光部２０の光源２２を点灯制御するとともに、第一受光部３３及び第二受光部４３から出力された第一電気信号及び第二電気信号を処理することで、水分量を演算する回路である。

信号処理回路５０は、筐体１０に収容されていてもよく、又は、筐体１０の外側面に取り付けられていてもよい。あるいは、信号処理回路５０は、無線通信などの通信機能を有し、第一受光部３３からの第一電気信号及び第二受光部４３からの第二電気信号を受信してもよい。

具体的には、図４に示すように、信号処理回路５０は、光源制御部５１、第一増幅部５２、第二増幅部５３、第一信号処理部５４、第二信号処理部５５及び演算処理部５６を備えている。

光源制御部５１は、駆動回路及びマイクロコントローラで構成される。光源制御部５１は、光源２２、走査モジュール２３及び検出範囲調整機構２４の制御プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。

光源制御部５１は、光源２２の点灯及び消灯が所定の発光周期で繰り返されるように、光源２２を制御する。具体的には、光源制御部５１は、所定の周波数（例えば、１ｋＨｚ）のパルス信号を光源２２に出力することで、光源２２を所定の発光周期で点灯及び消灯させる。

また、光源制御部５１は、検出範囲調整機構２４を制御して、光源２２とレンズ２１との間隔を制御することで、検出範囲Ｒａの大きさの制御を行う。さらに、光源制御部５１は、走査モジュール２３を制御して、光源２２からの光を走査させながら、所定のピッチで停止させることで、複数の検出位置Ｐで検出範囲Ｒａの光を対象物２に照射させる。光源制御部５１は、演算処理部５６で検出された水分量に基づいて、複数の検出位置Ｐのピッチと検出範囲Ｒａの大きさとの少なくとも一方を制御することで、走査範囲Ａ内の検出位置Ｐの分布を制御する。検出位置Ｐの分布制御については、後述する。

第一増幅部５２は、第一受光部３３が出力した第一電気信号を増幅して第一信号処理部５４に出力する。具体的には、第一増幅部５２は、第一電気信号を増幅するオペアンプである。

第一信号処理部５４は、マイクロコントローラで構成される。第一信号処理部５４は、第一電気信号に対する処理プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。第一信号処理部５４は、第一電気信号に対して、通過帯域制限を行うとともに当該通過帯域制限による位相遅延を補正してから、光源２２の発光周期との乗算処理を施す。この第一電気信号に対する処理は、いわゆるロックインアンプ処理である。これにより、外乱光に基づくノイズを第一電気信号から抑制することが可能である。

第二増幅部５３は、第二受光部４３が出力した第二電気信号を増幅して第二信号処理部５５に出力する。具体的には、第二増幅部５３は、第二電気信号を増幅するオペアンプである。

第二信号処理部５５は、マイクロコントローラで構成される。第二信号処理部５５は、第二電気信号に対する処理プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。第二信号処理部５５は、第二電気信号に対して、通過帯域制限を行うとともに当該通過帯域制限による位相遅延を補正してから、光源２２の発光周期との乗算処理を施す。この第二電気信号に対する処理は、いわゆるロックインアンプ処理である。これにより、外乱光に基づくノイズを第二電気信号から抑制することが可能である。

演算処理部５６は、第一受光部３３から出力された第一電気信号と、第二受光部４３から出力された第二電気信号とに基づいて、対象物２が含む成分を検出する。具体的には、演算処理部５６は、第一電気信号の電圧レベルと第二電気信号の電圧レベルとの比（信号比）に基づいて、対象物２が含む水分量を検出する。本実施の形態では、演算処理部５６は、第一信号処理部５４によって処理された第一電気信号と、第二信号処理部５５によって処理された第二電気信号とに基づいて、対象物２が含む水分量を検出する。具体的な水分量の検出（算出）方法については後で説明する。

演算処理部５６は、例えば、マイクロコントローラである。演算処理部５６は、信号処理プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。演算処理部５６は、検出した対象物２の水分量を入出力ポートから光源制御部５１に出力する。これにより、演算処理部５６で検出された水分量に基づいて、光源制御部５１が、走査範囲Ａ内の複数の検出位置Ｐの分布を制御することができる。

［信号処理（検出処理）］
続いて、演算処理部５６による信号処理（乾燥度の検出処理）について説明する。

本実施の形態では、演算処理部５６は、反射光に含まれる検知光の光エネルギーＰｄと、参照光の光エネルギーＰｒとを比較することで、対象物２に含まれる成分量を検出する。なお、光エネルギーＰｄは、第一受光部３３から出力される第一電気信号の強度に対応し、光エネルギーＰｒは、第二受光部４３から出力される第二電気信号の強度に対応する。

光エネルギーＰｄは、次の（式１）で表される。

（式１） Ｐｄ＝Ｐｄ０×Ｇｄ×Ｒｄ×Ｔｄ×Ａａｄ×Ｉｖｄ

ここで、Ｐｄ０は、光源２２が発した光のうち、検知光をなす第一波長帯の光の光エネルギーである。Ｇｄは、第一波長帯の光の第一受光部３３に対する結合効率（集光率）である。具体的には、Ｇｄは、光源２２が発した光のうち、対象物２で拡散反射される成分の一部（すなわち、反射光に含まれる検知光）になる部分の割合に相当する。

Ｒｄは、対象物２による検知光の反射率である。Ｔｄは、第一バンドパスフィルタ３２により検知光の透過率である。Ｉｖｄは、第一受光部３３における反射光に含まれる検知光に対する受光感度である。

Ａａｄは、対象物２に含まれる成分（水分）による検知光の吸収率あり、次の（式２）で表される。

（式２） Ａａｄ＝１０^{−αａ×Ｃａ×Ｄ}

ここで、αａは、予め定められた吸光係数であり、具体的には、成分（水分）による検知光の吸光係数である。Ｃａは、対象物２に含まれる成分（水分）の体積濃度である。Ｄは、検知光の吸収に寄与する成分の厚みの２倍である寄与厚みである。

より具体的には、水分が均質に分散した対象物２では、光が対象物２に入射し、内部で反射して対象物２から出射する場合において、Ｃａは、対象物２の成分に含まれる体積濃度に相当する。また、Ｄは、内部で反射して対象物２から出射するまでの光路長に相当する。例えば、対象物２が繊維などの網目状の固形物、又は、スポンジなどの多孔性の固形物である場合、固形物の表面で光が反射されると仮定する。この場合、例えば、Ｃａは、固形物を覆っている液相に含まれる水分の濃度である。また、Ｄは、固形物を覆っている液相の平均的な厚みとして換算される寄与厚みである。

したがって、αａ×Ｃａ×Ｄは、対象物２に含まれる成分量（水分量）に相当する。以上のことから、対象物２に含まれる水分量に応じて、第一電気信号の強度に相当する光エネルギーＰｄが変化することが分かる。なお、水分と比べて湿気の吸光度は極端に小さいので、無視することができる。

同様に、第二受光部４３に入射する参照光の光エネルギーＰｒは、次の（式３）で表される。

（式３） Ｐｒ＝Ｐｒ０×Ｇｒ×Ｒｒ×Ｔｒ×Ｉｖｒ

本実施の形態では、参照光は、対象物２に含まれる成分によって実質的には吸収されないとみなすことができるので、（式１）と比較して分かるように、水分による吸収率Ａａｄに相当する項は（式３）には含まれていない。

（式３）において、Ｐｒ０は、光源２２が発した光のうち、参照光をなす第二波長帯の光の光エネルギーである。Ｇｒは、光源２２が発した参照光の第二受光部４３に対する結合効率（集光率）である。具体的には、Ｇｒは、参照光のうち、対象物２で拡散反射される成分の一部（すなわち、反射光に含まれる参照光）になる部分の割合に相当する。Ｒｒは、対象物２による参照光の反射率である。Ｔｒは、第二バンドパスフィルタ４２による参照光の透過率である。Ｉｖｒは、第二受光部４３の反射光に対する受光感度である。

本実施の形態では、光源２２から照射される光、つまり、検知光と参照光とは、同軸かつ同スポットサイズで照射されるため、検知光の結合効率Ｇｄと参照光の結合効率Ｇｒとは略等しくなる。また、検知光と参照光とはピーク波長が比較的近いので、検知光の反射率Ｒｄと参照光の反射率Ｒｒとが略等しくなる。

したがって、（式１）と（式３）との比を取ることにより、次の（式４）が導き出される。

（式４） Ｐｄ／Ｐｒ＝Ｚ×Ａａｄ

ここで、Ｚは、定数項であり、（式５）で示される。

（式５） Ｚ＝（Ｐｄ０／Ｐｒ０）×（Ｔｄ／Ｔｒ）×（Ｉｖｄ／Ｉｖｒ）

光エネルギーＰｄ０及びＰｒ０はそれぞれ、光源２２の初期出力として予め定められている。また、透過率Ｔｄ及び透過率Ｔｒはそれぞれ、第一バンドパスフィルタ３２及び第二バンドパスフィルタ４２の透過特性により予め定められている。受光感度Ｉｖｄ及び受光感度Ｉｖｒはそれぞれ、第一受光部３３及び第二受光部４３の受光特性により予め定められている。したがって、（式５）で示されるＺは、定数とみなすことができる。

演算処理部５６は、第一電気信号に基づいて検知光の光エネルギーＰｄを算出し、第二電気信号に基づいて参照光の光エネルギーＰｒを算出する。具体的には、第一電気信号の信号レベル（電圧レベル）が光エネルギーＰｄに相当し、第二電気信号の信号レベル（電圧レベル）が光エネルギーＰｒに相当する。

したがって、演算処理部５６は、（式４）に基づいて、対象物２に含まれる水分の吸収率Ａａｄを算出することができる。これにより、演算処理部５６は、（式２）に基づいて水分量を算出することができる。

なお、空間３には湿気（水蒸気）も存在しているが、水蒸気によって検知光及び参照光が吸収される場合も想定される。この水蒸気による吸収分をキャンセルするように第一電気信号及び第二電気信号を補正する補正部を信号処理回路５０に設けてもよい。

［分布制御］
次に、検出した水分量に基づく、走査範囲Ａ内における複数の検出位置Ｐの分布制御について説明する。

まず、水分量検出の開始時においては、光源制御部５１は、複数の検出位置Ｐのピッチと、検出範囲Ｒａの大きさとをそれぞれ初期値として、それらに基づいて、検出範囲調整機構２４及び走査モジュール２３を制御する。これにより、走査範囲Ａにおいては、初期値の大きさの光が、初期値のピッチで一時停止されながら走査される。一時停止された部分では、その都度、第一受光部３３及び第二受光部４３に反射光が入射する。これにより、演算処理部５６で、各検出位置Ｐでの水分量が検出される。

次いで、演算処理部５６は、検出した水分量を光源制御部５１に出力する。光源制御部５１は当該水分量に基づいて、次回の走査時の複数の検出位置Ｐのピッチと、検出範囲Ｒａの大きさとを決定する。この決定に用いられる水分量は、検出範囲Ｒａ内における水分量の経時的な変化を認識できる形式であればよい。例えば、決定に用いられる水分量は、複数の検出位置Ｐにおける水分量の平均値であってもよいし、特定の一つの検出位置Ｐの水分量であってもよい。

図８は、実施の形態に係る走査範囲Ａの複数の検出位置Ｐの分布と、水分量との関係を示す説明図である。水分量が多い場合には、対象物２がそれほど乾燥しておらず、全体的に濡れた状態である。つまり、衣類乾燥装置１００で細やかに乾燥条件を変更しなくてもよいので、検出位置Ｐのピッチを広くするとともに、検出範囲Ｒａの大きさも大きくする。すわなち、検出位置Ｐの分布を粗くする。換言すると検出密度を低くする。

一方、水分量が少なくなるにしたがって、対象物２も部分的に乾燥していく。このため、衣類乾燥装置１００で細やかに乾燥条件を変更することが望まれる。乾燥条件の細やかな制御には、検出位置Ｐも細やかにして、水分量のデータ数を多くする必要がある。このことから、水分量が少なくなるにしたがって、検出位置Ｐのピッチを狭くするとともに、検出範囲Ｒａの大きさも小さくする。すわなち、検出位置Ｐの分布を密にする。換言すると検出密度を高くする。

このように、光源制御部５１は、複数の検出位置Ｐのピッチと、検出範囲Ｒａの大きさとを水分量に基づいて決定することで、走査範囲Ａ内の複数の検出位置Ｐの分布を適切に制御している。

［衣類乾燥装置の動作］
次いで、衣類乾燥装置１００の動作について説明する。

衣類乾燥時においては、衣類乾燥装置１００の乾燥制御部１０６は、水分量センサ１から入力された各検出位置Ｐの水分量及び座標に基づいて、送風部１０３の乾燥条件を制御する。具体的には、対象物２の水分量が少ない場合には、水分量センサ１から乾燥制御部１０６に入力される水分量のデータ数も少ない。このため、乾燥制御部１０６は、送風部１０３の乾燥条件を大まかに決定することになる。他方、対象物２の水分量が多い場合には、水分量センサ１から乾燥制御部１０６に入力される水分量のデータ数も多い。このため、乾燥制御部１０６は、送風部１０３の乾燥条件を細やかに決定することになる。

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る水分量センサ１によれば、対象物２に対して光を発し、当該対象物２からの反射光に基づいて対象物２の水分量を検出する水分量センサ１であって、水による吸収が所定値よりも大きな第一波長帯を含む検知光と、水による吸収が所定値以下である第二波長帯を含む参照光とを対象物２に向けて、走査しながら発する発光部２０と、対象物２によって反射された検知光を受光し、第一電気信号に変換する第一受光部３３と、対象物２によって反射された参照光を受光し、第二電気信号に変換する第二受光部４３と、第一電気信号及び第二電気信号の信号比を算出する演算処理部５６と、発光部２０が発する検知光及び参照光の走査範囲Ａにおいて、信号比の複数の検出位置Ｐの分布を信号比に基づいて制御する光源制御部５１とを備える。

また、本実施の形態に係る衣類乾燥装置１００によれば、水分量センサ１と、水分量センサ１で検出された水分量に基づいて、乾燥条件を制御する乾燥制御部１０６とを備える。

この構成によれば、光源制御部５１が、第一電気信号及び第二電気信号の信号比を検出するための複数の検出位置Ｐの分布を、信号比（水分量）に基づいて制御しているので、対象物２の状況に応じて水分量を適切な数だけ検出することができる。したがって、水分量センサ１で検出された水分量に基づく乾燥条件の制御を効率化することができる。

また、光源制御部５１は、走査範囲Ａにおいて、信号比の複数の検出位置Ｐのピッチ及び検出位置Ｐでの検出範囲Ｒａの大きさの少なくとも一方を、信号比に基づいて制御する。

この構成によれば、検出位置Ｐの分布の制御では、信号比の複数の検出位置Ｐのピッチ及び検出位置Ｐでの検出範囲Ｒａの大きさの少なくとも一方を制御しているので、前記分布の制御を簡単に行うことができる。

また、発光部２０は、光源２２とレンズ２１とを備え、光源制御部５１は、光源２２とレンズ２１との間隔を制御することで、検出範囲Ｒａの大きさの制御を行う。

この構成によれば、検出範囲Ｒａの大きさの制御が、光源２２とレンズ２１との間隔を制御することで行われているので、簡単な機構で検出範囲Ｒａの大きさの制御が可能である。

また、光源２２は、検知光をなす波長帯と参照光をなす波長帯とを含む連続した波長の光を放射し、光源制御部５１は、光源２２を所定の発光周期で発光させ、水分量センサ１は、第一受光部３３の第一電気信号を処理して、演算処理部５６に出力する第一信号処理部５４と、第二受光部４３の第二電気信号を処理して、演算処理部５６に出力する第二信号処理部５５とを備え、第一信号処理部５４は、第一電気信号に対して、通過帯域制限を行うとともに当該通過帯域制限による位相遅延を補正してから、発光周期との乗算処理を施し、第二信号処理部５５は、第二電気信号に対して、通過帯域制限を行うとともに当該通過帯域制限による位相遅延を補正してから、発光周期との乗算処理を施す。

この構成によれば、第一電気信号及び第二電気信号に対して、ロックインアンプ処理を施すことができ、外乱光に基づくノイズを第一電気信号及び第二電気信号から抑制することが可能である。

［変形例１］
上記実施の形態では、検出範囲調整機構２４が光源２２とレンズ２１との相対的な距離を調整することで、検出範囲Ｒａの大きさを制御する場合を例示した。この変形例１では、検出範囲調整機構が複数のレンズを制御することで、検出範囲Ｒａの大きさを制御する場合について説明する。

図９Ａ及び図９Ｂは、変形例１に係る検出範囲調整機構２４Ａの概念図である。図９Ａは検出範囲が広い状態を示し、図９Ｂは検出範囲が狭い状態を示している。具体的に説明すると、発光部２０は、曲率の異なる複数のレンズ２１ａ、２１ｂを有している。検出範囲調整機構２４Ａは、レンズ２１ａ、２１ｂを光源２２に対向する位置で切り替える切り替え機構であり、光源制御部５１によって制御される。

なお、レンズ２１ａ、２１ｂが光源２２に対向する位置に配置されると、レンズ２１ａ、２１ｂの光軸と、光源２２の光軸とが一致する。また当該位置においては、レンズ２１ａ、２１ｂと光源２２との距離ｄ３は、一定である。

図９Ａに示すように、曲率の大きいレンズ２１ａが光源２２に対向する位置に配置されている場合には、レンズ２１ａを透過した光のスポット（検出範囲Ｒａ）は大きくなる。他方、図９Ｂに示すように、レンズ２１ａよりも曲率の小さいレンズ２１ｂが光源２２に対向する位置に配置されている場合には、レンズ２１ｂを透過した光のスポット（検出範囲Ｒａ）は小さくなる。

このように、発光部２０は、光源２２と複数のレンズ２１ａ、２１ｂとを備え、光源制御部５１は、複数のレンズ２１ａ、２１ｂを制御することで、検出範囲Ｒａの大きさの制御を行う。

この構成によれば、検出範囲Ｒａの大きさの制御に、複数のレンズ２１ａ、２１ｂが用いられるので、検出範囲Ｒａの大きさの制御をより自由度高くすることができる。

なお、複数のレンズを制御することで、検出範囲Ｒａの大きさが制御できるのであれば、その複数のレンズの制御方法は如何様でもよい。例えば、光源２２の光軸に沿って、複数のレンズを配列し、これらのレンズの間隔を光源制御部５１が制御することで検出範囲Ｒａの大きさを制御することも「複数のレンズの制御」に含まれるものとする。

［変形例２］
上記実施の形態では、複数の検出位置Ｐのピッチと、検出範囲Ｒａの大きさとの両者を制御することで、検出位置Ｐの分布を制御している場合を例示して説明した。この変形例２では、光源制御部５１が複数の検出位置Ｐのピッチを制御することで、検出位置Ｐの分布を制御を行う場合について説明する。

図１０は、変形例２に係る走査範囲Ａの複数の検出位置Ｐの分布と、水分量との関係を示す説明図である。図１０では、走査範囲Ａにおける二点鎖線の円は、発光部２０からの光が走査時に一時的に停止するが、水分量の検出を行わない部分を示す。また、実線の円は、水分量を検出する検出位置Ｐである。なお、発光部２０からの光は、走査時に検出位置Ｐだけで一時停止するようにしてもよい。

光源制御部５１は、水分量が多い場合には、検出範囲Ｒａを一定のまま検出位置Ｐのピッチを広くして、走査範囲Ａ内における検出密度を低くする。そして、光源制御部５１は、水分量が少なくなるにしたがって、検出範囲Ｒａを一定のまま検出位置Ｐのピッチを狭くすることで、走査範囲Ａ内における検出密度を高くする。

この構成によれば、検出位置Ｐのピッチを制御することで、検出位置Ｐの分布を制御しているので、検出範囲調整機構がなくとも検出位置Ｐの分布を制御することができる。つまり、水分量センサ１の簡素化を図ることができる。

［変形例３］
変形例２では、光源制御部５１が複数の検出位置Ｐのピッチを制御することで、検出位置Ｐの分布を制御する場合について説明した。この変形例３では、光源制御部５１が、複数の検出位置Ｐを所定数毎にグループ化して、各グループにおける検出位置Ｐの所定数を制御することで、分布の制御を行う場合について説明する。

図１１は、変形例３に係る走査範囲Ａの複数の検出位置Ｐの分布と、水分量との関係を示す説明図である。図１１では、走査範囲Ａにおける二点鎖線の円は、水分量の検出する検出位置Ｐである。また、実線の円は、複数の検出位置Ｐをグループ化した範囲Ｒ１を示す。

この場合、演算処理部５６は、各グループ内の複数の検出位置Ｐでの水分量を平均化したものを、グループ化した範囲の水分量として用いる。つまり、一つのグループの範囲Ｒ１を仮想的な検出位置及び検出範囲とみなすことができる。

そして、光源制御部５１は、水分量が多い場合には、各グループにおける検出位置Ｐの所定数を大きくして、走査範囲Ａ内における仮想的な検出密度を低くする。そして、光源制御部５１は、水分量が少なくなるにしたがって、各グループにおける検出位置Ｐの所定数を小さくすることで、走査範囲Ａ内における仮想的な検出密度を高くする。

この構成によれば、各グループにおける検出位置Ｐの所定数を制御することで、検出範囲調整機構がなくとも仮想的に検出範囲の大きさを制御することができる。

［変形例４］
上記実施の形態では、検出位置Ｐの分布制御を水分量に基づいて制御する場合を例示した。しかし、検出位置Ｐの分布制御を乾燥度に基づいて制御することも可能である。

具体的には、信号比（第一電気信号の電圧レベルと第二電気信号の電圧レベルとの比）の変化率と、対象物２の乾燥度との関係を示すテーブルを演算処理部５６の不揮発性メモリに予め記憶させていれば、演算処理部５６は、検出した信号比とテーブルとに基づいて、対象物２の乾燥度Ｄｒを検出することができる。

例えば、テーブルは、信号比の変化率と、乾燥度Ｄｒとの関係を示す検量線にて定義付けられている。具体的に、対象物２の乾燥時における重量をＷ１とし、対象物２が含有する水分量をＷ２（αａ×Ｃａ×Ｄに相当）としたときの乾燥度Ｄｒは、Ｄｒ＝Ｗ１／（Ｗ１＋Ｗ２）×１００［％］で示される。また、第一電気信号をＳ１、第二電気信号をＳ２としたときの信号比Ｒは、Ｒ＝Ｓ１／Ｓ２で示される。乾燥度が１００％である場合の第一電気信号をｓ１、第二電気信号をｓ２としたときの基準信号比ｒは、ｒ＝ｓ１／ｓ２で示される。信号比の変化率は、信号比Ｒと基準信号比ｒとの比（規格化信号比）Ｒ／ｒで示される。そして、検量線は、比Ｒ／ｒと乾燥度Ｄｒとの関係で求められている。

図１２は、規格化信号比の変化率（ΔＲ／ｒ）と、乾燥度Ｄｒとの関係を示すグラフである。図１２に示すように、乾燥度Ｄｒが６０％よりも大きくなると、変化率ΔＲ／ｒは、概ね線形の変化を示す。このため、乾燥度Ｄｒが６０％以上における変化率ΔＲ／ｒと、乾燥度Ｄｒとの一次近似直線Ｃを検量線とする。この検量線に基づいてテーブルを作成し、演算処理部５６の不揮発性メモリに予め記憶しておけばよい。

このように、演算処理部５６は、第一電気信号及び前記第二電気信号の信号比を算出し、当該信号比に基づき、水分量として対象物２の乾燥度を算出する。

この構成によれば、検出位置Ｐの分布制御を乾燥度に基づいて制御することができる。

［変形例５］
ここで、参照光は検知光よりも水によって吸収されないために、当該参照光を基にした第二電気信号を用いれば、水分量センサ１から対象物２までの距離を測定することも可能である。このため、各検出位置Ｐにおいて、水分量センサ１からの距離も測定し、その測定値の経時変化と、水分量とを基にして、検出位置Ｐの分布を制御することも可能である。つまり、光源制御部５１は、走査範囲Ａにおける複数の検出位置Ｐでの信号比（水分量）と、当該複数の検出位置Ｐでの第二電気信号の経時変化（距離の経時変化）とに基づいて、検出位置Ｐの分布を制御する。

この構成によれば、水分量センサ１から対象物２（検出位置Ｐ）までの距離が時間的に変化したとしても、その経時変化に対応させて、検出位置Ｐの分布を制御することができる。例えば、走査範囲Ａ内において、水分量センサ１からの距離が他の検出位置Ｐよりも極端に大きい検出位置Ｐが発生したとする。この場合、当該検出位置Ｐには、対象物２が存在しないと推測することができる。つまり、当該検出位置Ｐで検出された水分量を無視することで、衣類乾燥装置１００で用いられるデータ数を削減することが可能である。また、対象物２が存在しない検出位置Ｐが推測できることにより、対象物２の形状も推測することができる。

（その他）
以上、本発明に係る水分量センサ１について、上記の実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態では、光源２２がＬＥＤ光源である場合を例示したが、光源は半導体レーザ素子又は有機ＥＬ素子などでもよい。

また、上記実施の形態では、検知光をなす第一波長帯と参照光をなす第二波長帯とを含む連続した光を１つの光源２２が発する場合を例示して説明した。しかしながら、複数の光源を設け、１つの光源が検知光を発し、他の光源が参照光を発するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、信号処理回路５０に備わる光源制御部５１、第一信号処理部５４、第二信号処理部５５及び演算処理部５６がそれぞれ専用のマイクロコントローラからなる場合を例示して説明したが、信号処理回路は、全体として１つのマイクロコントローラで実現されてもよい。

また、上記実施の形態では、水分量センサ１が衣類乾燥装置１００に一体的に搭載されている場合を例示したが、水分量センサは専用の機器であり、衣類乾燥装置１００に後付けで取付可能な構成であってもよい。また、水分量センサが取り付けられる装置としては、水分量センサが検出した水分量（乾燥度）を利用可能な装置であれば、如何なる装置であってもよい。例えば、水分量センサが検出した水分量を用いて除湿条件を変更する除湿装置、水分量センサが検出した水分量を分析する分析装置などが挙げられる。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１ 水分量センサ
２ 対象物
２０ 発光部
２１、２１ａ、２１ｂ レンズ
２２ 光源
３０ 第一受光モジュール
３２ 第一バンドパスフィルタ
３３ 第一受光部
４０ 第二受光モジュール
４２ 第二バンドパスフィルタ
４３ 第二受光部
５１ 光源制御部
５４ 第一信号処理部
５５ 第二信号処理部
５６ 演算処理部
１００ 衣類乾燥装置
１０６ 乾燥制御部
Ａ 走査範囲
Ｐ 検出位置
Ｒａ 検出範囲

Claims (10)

1. 対象物に対して光を発し、当該対象物からの反射光に基づいて前記対象物の水分量を検出する水分量センサであって、
   水による吸収が所定値よりも大きな第一波長帯を含む検知光と、水による吸収が前記所定値以下である第二波長帯を含む参照光とを前記対象物に向けて、走査しながら発する発光部と、
   前記対象物によって反射された前記検知光を受光し、第一電気信号に変換する第一受光部と、
   前記対象物によって反射された前記参照光を受光し、第二電気信号に変換する第二受光部と、
   前記第一電気信号及び前記第二電気信号の信号比を算出する演算処理部と、
   前記発光部が発する前記検知光及び前記参照光の走査範囲において、前記信号比の複数の検出位置の分布を前記信号比に基づいて制御する光源制御部とを備える水分量センサ。
2. 前記光源制御部は、前記走査範囲において、前記分布の制御では、前記信号比の複数の検出位置のピッチ及び前記検出位置での検出範囲の大きさの少なくとも一方を制御する
   請求項１に記載の水分量センサ。
3. 前記光源制御部は、前記走査範囲における前記複数の検出位置での信号比と、当該複数の検出位置での前記第二電気信号の経時変化とに基づいて、前記分布を制御する
   請求項２に記載の水分量センサ。
4. 前記発光部は、光源とレンズとを備え、
   前記光源制御部は、前記光源と前記レンズとの間隔を制御することで、前記検出範囲の大きさの制御を行う
   請求項２又は３に記載の水分量センサ。
5. 前記発光部は、光源と複数のレンズとを備え、
   前記光源制御部は、前記複数のレンズを制御することで、前記検出範囲の大きさの制御を行う
   請求項２又は３に記載の水分量センサ。
6. 前記光源は、前記検知光をなす波長帯と前記参照光をなす波長帯とを含む連続した波長の光を放射し、
   前記光源制御部は、前記光源を所定の発光周期で発光させ、
   前記水分量センサは、
   前記第一受光部の前記第一電気信号を処理して、前記演算処理部に出力する第一信号処理部と、
   前記第二受光部の前記第二電気信号を処理して、前記演算処理部に出力する第二信号処理部とを備え、
   前記第一信号処理部は、前記第一電気信号に対して、通過帯域制限を行うとともに当該通過帯域制限による位相遅延を補正してから、前記発光周期との乗算処理を施し、
   前記第二信号処理部は、前記第二電気信号に対して、通過帯域制限を行うとともに当該通過帯域制限による位相遅延を補正してから、前記発光周期との乗算処理を施す
   請求項４又は５に記載の水分量センサ。
7. 前記光源制御部は、前記検出位置のピッチを制御することで、前記分布の制御を行う
   請求項２〜６のいずれか一項に記載の水分量センサ。
8. 前記光源制御部は、前記複数の検出位置を所定数毎にグループ化して、各グループにおける前記検出位置の所定数を制御することで、前記分布の制御を行う
   請求項２〜６のいずれか一項に記載の水分量センサ。
9. 前記演算処理部は、前記第一電気信号及び前記第二電気信号の信号比を算出し、当該信号比に基づき、前記水分量として前記対象物の乾燥度を算出する
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の水分量センサ。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の水分量センサと、
    前記水分量センサで検出された前記水分量に基づいて、乾燥条件を制御する乾燥制御部とを備える
    衣類乾燥装置。

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